基于煤炭开采保护层与被保护层保护效果分析

1、基于煤炭开采保护层与被保护层保护效果分析    摘 要：通过对开采14125保护层工作面前后，14124煤层各种参数的变化对比，论证了5槽煤层对4槽煤层的保护效果。关键词：煤炭开采；保护层；被保护层；效果分析1 B4煤层瓦斯及突出危险性西二采区4-1煤层瓦斯含量5.01m3/t，瓦斯压力1.2MPa（重庆分院实测）。从建井期间揭煤情况看，4-1煤层具有较为严重突出危险性，建矿以来4-1煤层突出10次，1987年西二运输石门揭煤突出煤量1576t，瓦斯 22000m3，这次突出是全淮南矿区突出强度最大的一次。投产以来多次石门揭

2、露4-1煤层，均采取了卸压排放钻孔、远距离放炮等专项治理措施才确保安全施工。西二-370m石门1993年揭B4煤层之前曾进行了打钻测压，突出指标10，1.0MP，=18.5，=0.61，为突出危险区。采取排放钻孔措施揭穿煤层后，各项指标均降至临界值以下，具体为：f=0.72，=9.5，=13.19。2 上保护层开采设计西二B组采区B5煤层平均厚度为1.3m，与B4煤层层间距为611m左右，平均8.3m，属于近距离上保护层开采类型。2.1 保护层与被保护层工作面回采巷道布置B4煤层西翼一阶段(即14124)和上保护层B5煤层一阶段(即14125)上风巷由西二回风付石门施工B5

3、提料斜巷至西进风井煤柱标高，与西二回风石门相透，形成进回风系统。14124下顺槽由B4煤层下山直接向西施工，14125下顺槽由B4煤层下山施工进风斜巷至B5下顺槽标高。该块段14125上风巷与14124上风巷平距外错2m，14125下顺槽与14124下顺槽平距外错7m，14125始采线、终采线与14124外错平距为10m。西二采区B5煤层一阶段14125工作面设计上风巷长545m，下顺槽长601m，倾斜宽150m，预计在保护范围内的B4煤层一阶段14124工作面走向525m，倾斜宽140m。工作面布置见下图。2.2 B4煤层底板巷道布置从西二B组采区B4煤层底板通风上山-411m标高

4、处开始，在14124工作面中部的B4煤层底板砂岩中布置一条14124底板抽排巷，岩巷到B4煤层底板的垂距为2325m，长度597m。底板抽排巷采用断面为2.4×2.4m的直墙半圆拱，锚喷支护。从14124工作面采止线正下方开始，在底板抽排巷两帮布置钻场。钻场间距30m，钻场长 宽 高=2×3×2m，采用锚喷支护，共设计15组钻场，由东向西编号依次为1#15#。3 14125工作面开采对14124工作面保护效果分析B5煤层在本区平均厚度1.3m，与B4煤层层间距平均为8.3m左右，属于近距离上保护层开采类型。该煤层在本区赋存较稳定，B5

5、与B4煤层层间岩层以砂岩为主，其次为砂页岩和页岩。B5煤层作为B4煤层的上保护层先期开采后，必然对上部B4煤层的瓦斯、地应力起到一定程度的卸压作用，进而使煤层的突出危险性得以减弱乃至消除。3.1 上保护层保护作用的理论分析保护层的保护作用随层间距的增大而减小，达到某一临界距离时，保护作用消失。确定上保护层的有效层间距，可以采用如下三种方法确定。(1) 根据防治煤与瓦斯突出细则的推荐，缓倾斜和倾斜上保护层开采的有效垂距为小于50m。(2) 根据保护层厚度、顶板管理方法、回采工作面长度和开采深度等因素，按如下公式确定上保护层开采的有效垂距：S上= h上12式

6、中：S上-上保护层的最大有效层间垂距，m；h上-上保护层的理论有效层间垂距，m，它与工作面长度a和开采深度H有关，当a0.3h时，则取a=0.3h，但a不得大于250m；1-保护层开采影响系数，当Mmo时，1=M/ mo，当Mmo时，1=1；M-保护层开采厚度，m；mo-开采保护层的最小有效厚度，m；2-层间硬岩（砂岩、石灰岩）含量系数，以表示硬岩在层间岩石中所占的百分比，50%时，2=1-（0.4/100），50%时，2=1。按照这一方法的计算公式计算得出的14125工作面上保护层开采的有效保护垂距为58m。(3) 保护层的保护作用不仅与层间距离有关，而且与保护层的开采厚

7、度有关。因此，在讨论保护作用时，应把保护层厚度与层间垂距结合起来考虑，引入相对层间距离的概念，即层间垂距与采高的比值R=h/m。相对层间距越小，保护作用越充分，反之亦然。保护层开采的实践经验表明：开采上保护层的相对层间距R75时，被保护层从未发生过突出。因此，可以把上保护层开采时相对层间距R75作为选择保护层的一个依据。对于14124工作面，B5煤层距B4煤层8.3m，R=h/m=6.4。因此，B5煤层与B4煤层的间距远小于上保护层开采的最大有效层间距50m，且其R值亦远小于75，说明B5煤层开采后，将对B4煤层产生非常好的保护效果。3.2 B5保护层开采的保护效果分析通过对B5煤层

8、开采后B4煤层的各项参数包括煤层瓦斯压力、钻孔瓦斯流量、煤层透气性、煤层相对变形等的观测，在上保护层首采的14125工作面开采前后，B4突出煤层的煤层瓦斯压力、瓦斯流量、煤层透气性、煤层相对变形和瓦斯抽放量等参数发生了明显的变化。各参数的变化具有一定的内在联系，从不同的角度反映了B5煤层的开采对B4煤层的保护作用。（见下表1）从以上分析可以看出，B5煤层开采后，在B5煤层14125工作面后方25m以远（即3.0倍层间距以上），B4煤层瓦斯压力急剧下降到了0.2MPa，低于防治煤与瓦斯突出细则规定的0.74MPa；B4煤层膨胀变形达到最大值34.1×10-3，远远超过了6；煤层透气性增加到21.1m2/MPa2d，是原始透气性系数的626倍；钻孔瓦斯流量最大达到0.09m3/min参考文献1